前幾天，寶馬集團首次公布了BMW i Hydrogen NEXT動力系統(tǒng)的技術細節(jié)，也就是新一代氫燃料電池汽車的動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)所使用的燃料電池系統(tǒng)通過壓縮氫氣和空氣中氧氣發(fā)生化學反應，能夠產生高達125kW（170匹）的功率。

　　此外，寶馬集團還與豐田汽車公司合作，雙方將致力于氫燃料電池技術的開發(fā)。BMW i Hydrogen NEXT動力系統(tǒng)就是搭載的雙方合作研發(fā)的燃料電池，和寶馬集團獨立研發(fā)的燃料電池組和整體驅動系統(tǒng)。

　　寶馬集團研發(fā)負責人傅樂希表示：“從長期來看，氫燃料電池技術有可能成為寶馬集團動力系統(tǒng)組合的第四大支柱。”計劃將在2022年小規(guī)模生產寶馬X5氫燃料電池版本。

　　筆者第一次了解到“氫氣動力”，是在2007年第一次參觀中國科學技術館時。當時寶馬展示了“氫燃料汽車”，內心激動之情溢于言表，不僅僅是因為這種車排放物僅為“水”，還有當時看到H2R概念車時的沖擊感。

　　不過無論當時寶馬展示的氫動力7系還是H2R，都是利用壓縮氫氣作為燃料替代燃油，也就是仍舊在內燃機中工作，即氫氣遇到氧氣燃燒爆炸產生動能，由內燃機將化學能轉化為動能，通過傳動系統(tǒng)帶動汽車行駛。

　　而氫燃料電池則完全是另一種概念，雖然化學方程式仍舊不變，但反應的方式有所不同。在氫燃料電池中，氫氣進入電池，通過催化劑的作用下在PEA（Proton Exchange Membranes，質子交換膜）陰極一側分離為質子（氫離子H+，陽）和電子（e-，陰），因為只有質子能夠穿過PEA進入到另一側，所以電子只能“自尋出路”，沿著電線通過用電器之后進入電池陽極（產生電能），同樣在催化劑作用下，氧氣與質子（氫離子）和電子共同產生化學反應，合成水（H2O）并釋放大量熱量。

　　氫燃料電池與氫燃料內燃機相比，其能源利用效率要高很多。內燃機效率理論值可接近50%，但實際上大約在25%左右，而氫燃料電池效率可高達60%（轉化為電能），如果算上熱能回收利用，總體效率可超過90%（CHP效率，Combined Heat and Power）。

（不同種類燃料電池工作溫度、輸出功率、效率、應用領域，其中車載氫燃料電池為PEM類型）

　　雖然氫燃料電池技術早在1838年就被發(fā)明了，并且隨后在太空（1960年NASA采用的培根燃料電池）、發(fā)電、小型機械和電氣設備供能等領域被采用，但受到PEA材料以及諸多限制，仍不足以應用于汽車產品。1991年，Roger Billings研發(fā)了第一個氫燃料汽車，真正讓氫燃料電池技術引入汽車領域。

　　然而隨后的發(fā)展卻并未如預期般順利，近30年過去了，如今市場上真正量產并銷售的氫燃料電池車，僅有現代NEXO、本田Clarity、豐田Mirai。

　　為什么？

　　首先是制造成本問題。氫燃料電池汽車的工作原理類似混動車型，低功率時，由電池提供動力，而需要急加速時，燃料電池介入為電機提供電能，電池電量低時，燃料電池則為其充電。

　　所以其動力系統(tǒng)可以完全可以照搬純電動車，例如上文中提到BMW i Hydrogen NEXT系統(tǒng)中，其動力系統(tǒng)就是從純電動車型iX3上拿來的；而氫燃料電池和儲氫罐則可以被當作是發(fā)電機，在需要時候提供動力和向電池充電。

　　問題就在這里，氫燃料電池本身作為核心部分，其成本很高。一方面由于產量不大（多個原因，下文分析），無法利用大規(guī)模生產降低成本效應；另一方面則是氫燃料電池材料中需要昂貴的鉑金屬（或鉑家族），所以從原材料采購成本就較高；最后則是技術原因，氫燃料電池之前未能大規(guī)模應用于汽車，其中一個關鍵問題就是壽命，PEM類型氫燃料電池目前全球領先水平其使用壽命大約是5000小時，而國內普遍在2000~3000小時，所以研發(fā)成本也會被計入其中。（SOFC壽命約為40000小時，但由于其工作溫度和其他限制 ，無法應用于汽車）

（電池本身成本和整體系統(tǒng)成本）

　　所以當你對比氫燃料電池車輛的售價時，就不難發(fā)現比同級別或者同類型車輛要貴上不少。

　　甚至其價格比續(xù)航差不多的電動車也要貴上不少。

其次是使用問題。普通汽車加一箱油大約在200~300元之間，續(xù)航大約在500~600km左右；純電動車以特斯拉Model 3長續(xù)航為例，超充加滿為100~150元左右，家沖為30~40元左右，續(xù)航在500km左右；而氫燃料電池以豐田Mirai為例，加滿氫燃料（5kg）大約在350~400元左右（70多元/kg），續(xù)航在500~600km左右。很明顯，氫燃料電池的使用成本大約是燃油車的1.5~2倍，是純電動車的3~10倍。

雖然加氫的時間只需要幾分鐘，但加氫站的數量屈指可數，導致氫燃料電池汽車使用更加不方便。當然如果國家要大力發(fā)展氫能源汽車，那么基建或許會在未來快速發(fā)展，但這里面存在一個更大的行業(yè)問題，也就是另一個導致氫燃料汽車未能快速發(fā)展的原因——氫氣來源。

商業(yè)化大規(guī)模制造氫氣大致可以分為四種方式：電解水、天然氣、石油、煤炭，分別占世界氫氣產量的4%、48%、30%、18%?？傮w而言，工業(yè)中常用甲烷或天然氣通過蒸汽重整（Steam Reforming）的方式來制造氫氣。

通過將甲烷和高壓高溫水蒸氣混合，在催化劑作用下，生成氫氣。這種方式的弊端就在于，工廠需要消耗大量電能、石油能來生產，并且生成物中除了氫氣之外，還有大量二氧化碳。（當然生產鋰電池同樣會消耗大量能源以及排放溫室氣體，具體詳細對比暫時找不到資料）

此外，氫氣的存儲和運輸又是另一個難題。由于氫氣的密度極小，所以想要作為燃料運輸和使用，需要使其加壓存入高壓存儲罐，而這就會造成安全隱患，一旦運輸過程或存儲出現問題，就會發(fā)生嚴重的爆炸事故，例如之前挪威和美國德克薩斯州朗維尤發(fā)生的氫氣站爆炸，十幾公里外都能感受到沖擊波。

所以“自產氫氣”的加氫站出現，不過顯然不可能采用上述工業(yè)大規(guī)模制氫手段，只能使用電解水方式。該方式不被大范圍應用的原因在于，利用電能電解水產生氫氣和氧氣，然后氫氣被燃料電池利用產生電能，即便期間從生產到車輛使用的效率為100%，那么初始使用的電能仍超過最終產生的電能。所以“自產氫氣”的加氫站只能通過太陽能等手段先發(fā)電，然后再制氫。這種方式的弊端在于，產量低下，每天制氫數量也許只能滿足十幾輛或者幾輛氫燃料汽車使用。

（站內制氫設備）

不僅如此，作為加氫站，其建設成本由于核心設備的進口費，不算土地成本，其建設費用約為1500萬，而如果是具有站內制氫能力的加氫站，其建設成本則高達2000~3000萬。并且，據中商產業(yè)研究院報告，加氫站中氫氣成本約占7成。相比之下，加油站除了土地費用之外，其建設成本不過百來萬，而加電站則更低，一個最貴的直流超充樁需要2~4萬，普通樁則只需要幾千元。

拋開上述所有原因之外，氫燃料電池汽車還有一個不被注意的問題——能源使用效率問題。氫燃料電池雖然比內燃機效率高不少，但對比純電動車而言卻差很多。雖然從動力系統(tǒng)汲取電能并轉化為動能，兩者效率差不多，但氫燃料從生產到運輸再到燃料電池，這期間效率損失巨大，而與之對應的發(fā)電廠到電網再充入鋰電池，這期間效率較高。

那是否氫燃料電池汽車就沒有未來了？

這要分成兩部分來看，對于大規(guī)模個人乘用車角度而言，就目前制氫、運輸、存儲等各個方面來說，對比純電動車除了補能速度之外毫無優(yōu)勢可言。而對于大型公共交通工具而言，卻有所不同。

氫燃料1kg能量約等于1加侖汽油（約2.65kg），而1加侖汽油約等于33kWh電能，但要存儲33kWh電能，其電池包重量高達幾百kg。所以例如對于飛機而言，攜帶充足的能源，顯然氫燃料最為方便；再例如，行駛路線固定的公交，和一些物流車輛，其起點終點相對穩(wěn)定，加氫的快速比之充電而言要迅速不少，尤其對于一些“時間就是金錢”的交通需求，既比燃油車環(huán)保，又比純電車輛補能迅速。且對于這些使用場景，其加氫站并不需要遍布全球，只需要在指定位置建設即可。

氫燃料電池技術是人類科技發(fā)展中一個里程碑，技術本身是優(yōu)秀和卓越的，只不過在應用領域還受到諸多限制。可持續(xù)能源發(fā)展的本質是不依賴有限能源，從而解除人類發(fā)展和探索宇宙的“枷鎖”，雖然從效率角度而言，通過太陽能、風能等可持續(xù)能源制造氫氣，再進行利用，顯得有些“愚蠢”。但作為一種環(huán)保且能量密度較高的存儲介質，筆者相信仍然會在未來被重用。

畢竟，誰還沒遇到過斷電呢。